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Hallo Welt!

Was sind Cadmium-Tellurid (CdTe)-Solarmodule? Wie schneiden sie im Vergleich zu anderen Panels ab?

Die Cadmium-Tellurid (CdTe)-Solartechnologie wurde erstmals 1972 eingeführt, als Bonnet und Rabenhorst den CdS/CdTe-Heteroübergang entwarfen, der die Herstellung von CdTe-Solarzellen ermöglichte. Anfangs erreichten CdTe-Panels einen Wirkungsgrad von 6 %, aber bis heute hat sich der Wirkungsgrad verdreifacht.

Unternehmen wie Kodak, Monosolar, AMETEK und viele andere haben die CdTe-Technologie erforscht. Heutzutage ist die CdTe-Technologie die beliebteste Dünnschicht-Solarmodultechnologie und es ist die bevorzugte Option der Top 10 Hersteller von Dünnschicht-Solarmodulen weltweit.

In diesem Artikel werden wir einen tiefen Einblick in CdTe-Solarmodule und alles, was mit dieser Technologie zu tun hat, geben. Wir erklären die Materialien und Herstellungsverfahren dieser Dünnschicht-Solarmodule, mögliche Anwendungen und vergleichen sie mit anderen Technologien.

Solarkraftwerk Templin mit CdTe-PV-Modulen
Solarkraftwerk Templin mit CdTe-PV-Modulen | Quelle: Projekt Solarkraftwerk Templin - Power Technology

Was ist ein Cadmium-Tellurid (CdTe)-Solarmodul?

Cadmium-Tellurid-Solarmodule sind die beliebtesten Dünnschicht-Solarmodule auf dem Markt. Diese stellen rund 5% der Solarmodule auf dem Weltmarkt dar und kommen nur als zweites kristalline Siliziumplatten.

CdTe-Dünnschicht-Solarmodule sind so beliebt, weil sie einfach und kostengünstig herzustellen sind, was sie ideal für Investoren macht. CdTe-Module haben einen durchschnittlichen Wirkungsgrad von 19 %, aber von First Solar durchgeführte Labortests haben Rekordwirkungsgrade von 22.1 % für CdTe-Solarzellen erreicht.

Das Verständnis von CdTe-Dünnschicht-Solarmodulen ist entscheidend, um die wahren Vorteile und möglichen Anwendungen für diese Dünnschicht-Solarmodule zu kennen. In diesem Abschnitt erklären wir die Materialien, den Herstellungsprozess und andere interessante Details zu CdTe-Solarmodulen.

Materialien, die in CdTe-Dünnschicht-Solarzellen und -Paneelen verwendet werden

CdTe-Zellen werden unter Verwendung von Halbleitern hergestellt, die die Effizienz der Umwandlung von Sonnenstrahlung in Elektrizität optimieren. CdTe-Solarzellen werden unter Verwendung von pn-Heteroübergängen hergestellt, die enthalten eine p-dotierte Cadmium-Tellurid-Schicht und eine n-dotierte Cadmium-Sulfid (CdS)-Schicht, die auch aus Magnesium-Zink-Oxid (MZO) bestehen kann.

Obwohl diese Materialien billig sind, können sie bei unsachgemäßer Entsorgung auch giftig und umweltschädlich sein. Greenpeace hat vor der Toxizität und Kontamination dieser Materialien gewarnt und erklärt, dass CdTe-Platten 6 g/m enthalten2 giftiger Metalle und verursachen Cadmiumemissionen von 0.5 g/GWh. Es gibt auch mehrere gesundheitliche Bedenken, die mit diesen Materialien verbunden sind.

Abgesehen von den Materialien, die für CdTe-Zellen verwendet werden, gibt es andere Materialien, die zur Herstellung von CdTe-Dünnschicht-Solarmodulen benötigt werden. Diese Materialien sind:

  • Fluordotiertes Zinnoxid (SnO2:F)
  • Zinktellurid (ZnTe)
  • Kupfer (Cu)

Der Herstellungsprozess von CdTe-Dünnschicht-Solarmodulen

CdTe-Dünnschicht-Solarmodule bestehen aus drei Hauptteilen mit einer Schicht für den Halbleiter, einer für den Schutz und einer für die Leitung. Diese Teile sind:

  • Photovoltaik-Material
  • Leitfähiges Blatt
  • Schutzschicht
Diagramm: Verschiedene Schichten eines Cadmium-Tellurid (CdTe)-Solarmoduls
Schichten eines Cadmium-Tellurid-Solarmoduls | Quelle: Cadmium-Tellurid-Solarzellen von NREL

Jeder dieser Abschnitte ist für CdTe-Dünnschicht-Solarmodule von entscheidender Bedeutung. Der Herstellungsprozess wird durch eine andere Reihe von Methoden durchgeführt, die als bezeichnet werden Ablagerungstechniken. Die verschiedenen Arten von verwendeten Techniken sind Sputtern, chemische Sprühpyrolyse, Elektroabscheidung oder geschlossener Dampftransport (CVT). Die Materialien, die in jedem dieser Teile der CdTe-Dünnschicht-Solarmodule verwendet werden, sind die folgenden:

Photovoltaik-Material

Das photovoltaische Material ist der Teil des CdTe-Dünnschicht-Solarmoduls, der Sonnenstrahlung in Gleichstromenergie umwandelt. Dies wird durch Erzeugen eines p-n-Heteroübergangs hergestellt, dieser Halbleiter erfordert die Abscheidung einer Schicht aus CdTe für den p-dotierten Abschnitt und einer aus CdS oder MZO für den n-dotierten Abschnitt.

Leitfähiges Blatt

Die leitfähige Folie ermöglicht den Gleichstrom zwischen den Solarzellen zu fließen, erhöht die Spannung und ermöglicht den Anschluss von CdTe-Paneelen an Photovoltaik (PV)-Systeme. Diese Schichten erfordern die Abscheidung einer Metallschicht oder Kohlenstoffpaste, wodurch Kupfer (Cu) eingeführt wird, um eine Leitung in der Platte zu erzeugen.

Schutzschicht

Photovoltaikschichten sind in der Regel sehr zerbrechlich, weshalb Dünnschicht-Solarmodule eine Schutzschicht benötigen. Anstatt einen Aluminiumrahmen und gehärtetes Glas zu verwenden, wird diese als TCO-Schicht (Transparent Conductive Oxide) bekannte Schicht durch Abscheidung von SnO hergestellt2:F oder ein ähnliches Material. In der TCO-Schicht wird der CdTe-Absorber abgeschieden, wodurch die Solarzelle vollständig geschützt wird.

CdTe-Solarmodule im Vergleich zu anderen Arten von Dünnschichtmodulen

CdTe-Solarmodule sind nicht die einzigen Dünnschichtmodule auf dem Markt. Abgesehen von diesen stehen drei Hauptoptionen zur Verfügung:

  • Solarmodule aus amorphem Silizium (a-Si).
  • Solarmodule aus Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGS).
  • Solarmodule aus Galliumarsenid (GaAs).

Diese Dünnschicht-Solarmodule und CdTe haben viele Unterschiede. Um diese besser zu verstehen, vergleichen wir jedes Dünnschicht-Solarmodul mit CdTe-Modulen unter Berücksichtigung von Materialien, Effizienz, Anwendung und anderen Aspekten.

Amorphes Silizium (a-Si) vs. CdTe-Solarmodule

A-Si-Dünnschicht-Solarmodule sind weniger effizient als CdTe-Module und erreichen einen Wirkungsgrad von 6-7%. Da a-Si-Solarmodule billiger und weniger toxisch sind als andere Optionen, sind sie zur zweitbeliebtesten Option für Dünnschicht-Solarmodule geworden.

Die a-Si-Solarmodule werden regelmäßig in verwendet Anwendungen im kleinen Maßstab. Jüngste Entwicklungen zeigen vielversprechende Ergebnisse für diese Paneele in der Zukunft, da sie das Potenzial haben, in Kleidung integriert zu werden.

Die Herstellung von a-Si-Solarmodulen ist billiger und einfacher als CdTe-Module, da sie nur einen Bruchteil des Siliziums benötigen, das andere Module benötigen. Diese werden durch ein Aufdampfverfahren hergestellt, das die Herstellung einer dünnen Halbleiterschicht ermöglicht, die auf Glas oder Edelstahl aufgebracht wird.

Kupfer-Indium-Gallium-Selenid (CIGS) vs. CdTe-Solarmodule

CIGS-Solarmodule sind weniger giftig als CdTe, aber immer noch stellen eine mäßige Toxizität dar für Atemwege beim Menschen. Diese Dünnschicht-Solarmodule sind weniger effizient als CdTe und erreichen einen Wirkungsgrad von 12-14 %, aber Laborstudien haben hervorragende Effizienzergebnisse von 20.4 % ergeben.

Während die Produktionskosten für CIGS-Dünnschicht-Solarmodule nicht so günstig sind wie für CdTe, werden neue Herstellungsverfahren mit geringeren Kosten entwickelt. Diese Platten werden normalerweise durch Sputtern, Verdampfung, elektrochemische Abscheidungen und mehrere andere Prozesse hergestellt.

CIGS-Dünnschicht-Solarmodule werden normalerweise in Fassaden und Fenstern verwendet, da sie sehr einfach zu installieren sind und einen ziemlich guten Wirkungsgrad haben. Diese Dünnschicht-Solarmodule werden für Weltraumanwendungen in Betracht gezogen.

Galliumarsenid (GaAs) vs. CdTe-Solarmodule

GaAs-Dünnschicht-Solarmodule können eine erreichen Wirkungsgrad von 28.8 %, was sie zu den effizientesten und langlebigsten Dünnschicht-Solarmodulen auf dem Markt macht, aber sie sind auch die teuersten. GaAs ist etwas weniger giftig als CdTe, aber es ist immer noch der zweitgiftigste Halbleiter in der Liste.

Der Herstellungsprozess für GaAs ist teurer und komplexer als der von CdTe. Diese Paneele erfordern einen Wachstumsprozess auf einem dotierten Substrat, danach werden sie mit Antireflexions- und Metallisierungsmaterialien beschichtet. In der Zukunft könnten GaAs-Dünnschicht-Solarmodule am Ende viel weniger kosten.

GaAs-Solarmodule werden selten auf dem Markt verkauft. Diese Dünnschichtplatten werden häufiger für Raumfahrzeuge, Militärfahrzeuge, Weltraummissionen und andere Spezialanwendungen verwendet.

CdTe-Solarmodule vs. kristalline Silizium-Solarmodule (Vor- und Nachteile)

CdTe-Solarmodule und Solarmodule aus kristallinem Silizium sind sehr unterschiedliche Technologien. Um zu wissen, welche die beste Technologie ist, werden wir sie vergleichen und die Vor- und Nachteile jeder einzelnen für die Analyse hervorheben und berücksichtigen.

Kristalline Silizium-SolarmoduleCdTe-Solarmodule
Art der Technologie
  • Monokristallines Silizium (c-Si)
  • Multikristallin (mc-Si)
  • Polykristallines Silizium (pc-Si)
Cadmiumtellurid (CdTe)
Temperaturkoeffizient-0.446 %/ºC bis -0.387 %/ºC-0.172% / ºC
Effizienz20%-25%19%
Kompatibilität mit WechselrichternDie meisten Wechselrichter auf dem Markt sind für den niedrigen Temperaturkoeffizienten dieser Module ausgelegtInstallateure müssen die Temperaturen am Installationsort hinsichtlich des Temperaturkoeffizienten berücksichtigen
Erforderlicher PlatzStandardanforderungenBenötigen bis zu 31 % mehr Platz pro installiertem kW
Preisspanne0.70 $ bis 1.50 $/Watt0.46 $/Watt
AnwendungenWohnen / Gewerbe / IndustrieGewerbe / Industrie

Ein Hauptvorteil der CdTe-Technologie sind die niedrigen Herstellungskosten. CdTe-Panels sind zu niedrigen Preisen von 0.46 $/Watt erhältlich, was 70 % günstiger ist als die Kosten für kristalline Panels. Ein weiterer großer Vorteil der CdTe-Technologie ist, dass sie es ist weniger betroffen B. durch starke Temperaturschwankungen, wodurch eine konstant höhere Spannung in PV-Anlagen geliefert wird.

Obwohl kristalline Solarmodule effizienter sind als CdTe (was sie besser für den Wohnungsmarkt macht), bedeutet dies nicht, dass sie für alle Arten von Installationen besser geeignet sind. In einigen industriellen Anwendungen bei heißem Wetter können Solarparks mit CdTe-Modulen das Potenzial haben, eine höhere Ausgangsleistung zu liefern als kristalline Silizium-Solarmodule.

Anwendung von CdTe-Modulen: Wann sollten CdTe-Solarmodule verwendet werden?

Auch wenn CdTe-Panels nicht immer die beste Option für Wohnanwendungen sind, sind diese Panels es sehr vielseitig für gewerbliche und industrielle Anwendungen.

CdTe-Solarmodule sind 1-6 % weniger effizient als kristalline Module, haben aber 70 % niedrigere Preise. Diese niedrigen Preise machen CdTe zu einer hervorragenden Technologie für Solarparkinstallationen, bei denen der Platz kein Problem darstellt. Diese Solarparks könnten billigeren Strom liefern als Strom aus fossilen Brennstoffen und sogar Solarparks aus kristallinem Silizium.

Da sind CdTe-Dünnschicht-Solarmodule anpassungsfähiger an unterschiedliche Strukturen, Sie können in verschiedene Flugzeuge eingebaut und für Weltraumanwendungen verwendet werden. Unbemannte Luftfahrzeuge mit dieser Technologie im Weltraum können in hohem Maße von CdTe-Paneelen profitieren, da sie billig, formanpassungsfähig und sehr leicht sind.

Die CdTe-Dünnschichttechnologie ist sehr vielversprechend. Diese Panels eignen sich hervorragend für industrielle und kommerzielle Anwendungen und könnten sogar in Zukunft installiert werden auf dem Dach von Elektrofahrzeugen (EVs) da sie leicht an ungewöhnlichen Strukturen wie der Motorhaube oder dem Dach eines Autos installiert werden können.

Kurzumfrage: Welche Rolle spielen Sie in der Solarbranche?

Schlussworte

An der Popularität der CdTe-Technologie als bestes Dünnschicht-Solarmodul sollte es keine Zweifel geben. Diese Module sind billig, leicht, widerstandsfähig, haben einen hohen Wirkungsgrad und sind einfach herzustellen, wodurch sie sich hervorragend für eine Vielzahl von Anwendungen eignen.

Während CdTe-Solarmodule in Wohngebäuden noch nicht weit verbreitet sind, werden sie immer noch im gewerblichen und industriellen Bereich eingesetzt.

Die Zukunft von CdTe-Dünnschicht-Solarmodulen ist sehr vielversprechend. Diese Paneele sind die bevorzugte Option für Raumflugzeuge, einige Solarparks, und wir könnten sie in Zukunft sogar auf den Dächern von Elektrofahrzeugen sehen.

🗳️😊Sie sind dran: Teilen Sie Ihre Fragen zu [Thema]
  1. Hal Whitney sagt:

    Gibt es einen signifikanten Unterschied in der erwarteten „Lebensdauer“ (brauchbare Nutzung) zwischen CdTe- und Siliziumkristall-Panels?

  2. James Cosby sagt:

    Da CdTe ein Material mit direkter Bandlücke ist, produziert es Strom von der Dämmerung bis zum Morgengrauen. Darüber hinaus ist es in der Lage, sichtbares und gestreutes Licht zu nutzen. Sie verwenden Materialien, die einen größeren Teil des Lichtspektrums zur Energieerzeugung nutzen. Silizium erfordert, dass Sie die Masse des Siliziums bestrahlen, bis Sie genug Energie haben, um einige Elektronen freizusetzen. Es ist indirektes Bandgap-Material und wenn wir Panels vergleichen würden, wäre CDTE 150-mal dünner als die Si-Zelle. Wenn Sie ein Solarpanel bei STC messen, ist das STC-Modell so konzipiert, dass es genügend Lichtenergie liefert, um das Silikonpanel zu aktivieren, damit es funktioniert. STC-Tests sind eine Krücke, damit Siliziumplatten funktionieren. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass CdTe den ganzen Tag über mehr Leistung mit weniger Licht erzeugt.

  3. Dave Stites sagt:

    Billiger im Versorgungsmaßstab, aber auch Einkristall-Silizium-Panels. Vermutlich werden die Kosten für Wohndächer etwas anders sein, insbesondere wenn CdTe ein paar mehr Paneele benötigt.

    Solarverkäufer neigen dazu, ihren Aufschlag auf der Grundlage dessen zu erhöhen, was Siliziummodule festgelegt haben. Andere Kosten (Wechselrichter, Installation, Genehmigung) bleiben gleich.

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